低频分子共振仪

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中国科学技术大学郭光灿院士团队在基于里德堡原子的低频射频电场测量上取得重要进展。该团队史保森、丁冬生课题组利用非共振外差方法实现了基于里德堡原子的低频射频电场精密探测，相关成果以“Highly sensitive measurement of a MHz RF electric field with a Rydberg atom sensor”为题发表在国际应用物理期刊《Physical Review Applied》上。 　　里德堡原子由于其较大的电偶极矩和极化率等独特性质，在微波测量领域展现出巨大应用潜力。基于里德堡原子的量子传感器在测量精度﹑抗干扰性以及可朔源等方面有望超越传统微波接收系统，因此该研究方向受到广泛关注，例如：美国陆军研究室、桑迪亚国家实验室等开展了相关研究，并取得了重要进展[Physical Review Applied 13, 054034 (2020)，Physical Review Applied 15, 014047 (2021)]。尽管里德堡原子传感器在GHz高频微波频段探测取得了重要进展，但在MHz附近的低频波段却遇到困难，测量灵敏度较低，其主要原因在于低频电场与里德堡原子之间的耦合是一种弱的非共振相互作用，受限于光谱测量分辨率，人们难以测量微弱微波电场造成的扰动，这就限制了里德堡原子微波测量向低频波段的扩展。 　　在本工作中，研究团队基于AC Stark效应和非共振外差技术，通过引入一个本地振荡电场来放大系统对微弱信号电场的响应，最后通过测量探测光的电磁诱导透明光谱得到信号电场的强度。研究团队实现了对30-MHz微波电场(波长近10米)的高灵敏度测量，最小电场强度为37.3µV/cm，灵敏度为−65 dBm/Hz，动态范围超过65 dB。此外，研究团队还演示了1 kHz振幅调制(AM)信号的传输和接收：通过对探测光束信号进行解调，并分别方波和正弦波调制下提取初始调制信息，保真度均达到98%。图1 (a)里德堡态激发 (b)传感器示意图图2 (a)系统灵敏度 (b)和(c)AM解调信号演示 这项工作提高了MHz电场的原子传感器灵敏度，有助于原子电场传感技术的发展。该工作对里德堡原子传感器的在其他领域的应用，如远程通信、超视距雷达和射频识别(RFID)也有参考价值。 　　中科院量子信息重点实验室硕士研究生刘邦为本文的第一作者，丁冬生教授、史保森教授为本文的共同通讯作者。该成果得到了科技部、基金委、中科院、安徽省重大科技专项以及中国科学技术大学的资助。

生物芯片是生物分子相互作用研究的主要高通量手段，生物芯片技术具有高通量、样品消耗量少、灵敏度较高、自动化等优势。生物芯片仪器系统通常包括芯片制作单元和检测单元两个独立部分。目前商品用生物芯片制作系统大多采用基于机械手的合成后点样法，因制备工艺复杂，价格非常昂贵，使用成本较高。　　中国科学院长春应用化学研究所王振新课题组聚焦这一研究方向，从科研实际需求出发，在国家自然科学基金委科学仪器研制项目的支持下，研制开发出基于低频振荡的微点阵阵列/图案化制备仪器系统。3月10日，该项目通过了国家自然科学基金委组织的专家现场验收。　　该仪器基于非接触式压电振荡技术，采用点样针与压电驱动分离的点样方式实现点样；使用的毛细管点样针便于更换、清洗，制作成本较低；通过振荡频率和振幅等参数来调控点样体积，实现了单个样品点直径在几十微米至几百微米尺度内、点样量在几百皮升至几十纳升之间的微阵列点阵制作；不仅适用于液体点样，还可以推广到粉体及固液混合物的微量分配应用中；不仅可以应用于间断性的非连续微点阵阵列制备，还可以推广到连续的微图化制备中。　　目前已研制工程样机3台，其中2台已在相关科研单位试用，效果良好。已申请和授权发明、实用新型专利6项。基于低频振荡的微点阵阵列/图案化制备仪器系统